电压互感器爆裂原因剖析及防范措施

  仪器信息网 ·  2011-03-24 00:37  ·  34191 次点击
针对二滩电厂6kV系统电压互感器自投产以来频繁损坏的现象,简要阐述电磁谐振产生的原因、危害及防范措施,同时也提出针对此类故障应从哪些方面入手的意见,希望能对一些单位有所借鉴。
在6~35kV的中性点非有效接地系统中,由于变压器、电压互感器、消弧线圈等设备铁心电感的磁路饱和作用,激发产生持续的较高幅值的铁磁谐振过电压。铁磁谐振可以是基波谐振、高次谐波谐振、分次谐波谐振。这种谐振产生的过电压的幅值虽然不高,但因过电压频率往往远低于额定频率,铁心处于高度饱和状态,其表现形式可能是相对地电压升高,励磁电流过大,或以低频摆动,引起绝缘闪络、避雷器炸裂、高值零序电压分量产生、虚幻接地现象出现和不正确的接地指示。严重时还可能诱发保护误动作或在电压互感器中出现过电流引起PT烧坏。
1.故障现象及相关数据
6kV系统共有八段,采用的是上海华通开关厂生产的电气组合柜,该厂设备自投产以来,主部件未发生大的缺陷,但其辅助测量PT发生了8台次损坏,现象表现为本体炸裂、内部绝缘物质喷出故障,致使6kV系统的相关保护不能投运,部分自动功能无法实现。这给厂用系统的安全稳定运行带来了极大的隐患。
2.故障原因初探
根据故障现象,经过初步判断,估计是由于下述的几个原因所致。
1)产品质量不好:如果由于产品本身绝缘、铁心叠片及绕制工艺不过关等,均可能致使电压互感器发热过量使绝缘长期处于高温下运行,从而导致绝缘加速老化,出现击穿。该类型的电压互感器一次侧绕组发生匝间短路,这样电流会迅速增大,铁磁也将迅速饱和从而导致谐振过电压,使绝缘击穿,高压熔断器被熔断。
2)电压互感器二次负荷偏重,一、二次电流较大,使二次侧负载电流的总和超过额定值,造成PT内部绕组发热增加,尤其是在电压高于PT额定电压(6kV)情况下,PT内部发热更加严重;再者,该系统属于中性点非有效接地系统,故一次侧电压在运行中容易发生偏斜,当某相出现高电压时,该相PT更加容易发生热膨胀爆裂。
表1故障统计
编号电压互感器型号现象备注
601VKI7.2C相爆裂,引起匝间短路更换为JDZX8-6型电压互感器后,投运不到两天时间,又发生B相爆裂,引起匝间短路
603VKI7.2A相爆裂,引起匝间短路
604VKI7.2A相爆裂,引起匝间短路
606VKI7.2A、C相爆裂,引起匝间短路
607VKI7.2A、C相爆裂,引起匝间短路
主要技术参数:变比600/根号3/100根号3/100/3,额定容量90/100VA,上海互感器厂
注:1)VKI7.2型电压互感器为引进型,国内相应的产品型号为JDZX8-6;6kVⅠ段至Ⅷ段各有一组(3台)变比为6000/3/100/3/100/3的互感器。
2)工艺为树脂浇注式半绝缘,一次中性点的耐受为3kV(出厂值)。
3)由于铁磁谐振而造成电压互感器被击穿,因为:被击穿的电压互感器所处的母线带的负荷呈感性的比较多,特别是Ⅲ、Ⅳ段,带有大容量的深井泵,在负荷分配上其感抗大于容抗,由于某种原因,而使系统电压波动(如深井泵频繁启停等),使电路中电流和电压发生突变,可能导致电压互感器铁心迅速饱和、感抗减小,当感抗小于容抗时,将产生铁磁谐振,导致电压互感器激磁电流增大几十倍,而过电压幅值将达到近2.5Ue,甚至于达到3.5Ue以上,而且持续时间较长,电压互感器在这样大电压、大电流下运行,使本身的温度也迅速升高,导致损坏。根据上述的分析,为此组织QC小组对其原因进行分析,同时派人外出调研,调研结果表明:(1)应不存在产品质量问题,原因是该互感器在华东地区广泛采用,从收集的资料上看,该厂产品的业绩是良好的,虽然在某些地方也曾出现过一些问题,但象二滩电厂这样大量的损坏是没有的。(2)怀疑电压互感器二次负荷偏重导致PT损坏的理由也不成立,原因是该PT0.5级二次绕组额定容量为90VA,在1998年11月16日,测量了604PT二次侧星形接线负荷,在二次接线回路上施加100V的三相交流电源(停用备自投),测得Ia=0.61A,Ib=1.05A,Ic=0.605A,测得星形接线负荷容量:Sa=35.2VA,Sb=60.6VA,Sc=35VA,PT总输出容量为105.6VA;次日,测量601PT二次侧星形接线负荷,在二次接线回路上施加100V的三相交流电源(停用备自投,有一块电度表未装),测得Ia=0.4A,?Ib=0.7A,Ic=0.4A,测得星形接线负荷容量:Sa=23.09VA,Sb=40.04VA,Sc=23.09VA,PT总输出容量为69.28VA。通过实际测量结果分析,除604PT有一相超出额定值外,其余均在额定值范围内,同时,按照PT的容量为一个数列,一般50VA就能满足使用,所以说90VA的容量应该是足够大的。因此,二滩大量的PT损坏原因应该为电磁谐振所致。
3.铁磁谐振的几个特点
1)对于铁磁谐振电路,在相同的电源电势作用下回路可能不只一种稳定的工作状态。电路到底稳定在哪种工作状态要看外界冲击引起的过渡过程的情况。
2)PT的非线性铁磁特性是产生铁磁谐振的根本原因,但铁磁元件的饱和效应本身也限制了过电压的幅值。此外回路损耗也使谐振过电压受到阻尼和限制。当回路电阻大于一定的数值时,就不会出现强烈的铁磁谐振过电压。
3)串联谐振电路来说,产生铁磁谐振过电压的的必要条件是ω0=1/L0C

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